结构生物化学/膜蛋白/离子通道/膜片钳
为了测量单个活细胞内部或表面发生的事情，科学家使用了一种称为膜片钳的技术，该技术需要一个非常细的吸管紧紧地抵着细胞膜。该技术由 Erwin Neher 和 Bert Sakmann 于 1976 年提出。这种强大的技术能够测量通过一小片细胞膜的离子电导。观察到膜电导的逐步变化。这些变化对应于单个离子通道的打开和关闭。在这种技术中，将一根尖端直径约为 1 微米的干净玻璃吸管压在完整的细胞上，形成一个密封。吸管的轻微吸力导致形成了一个非常紧密的密封。因此，吸管内部和沐浴液之间的电阻为吉欧姆级。因此，称为吉欧姆密封的吉欧姆密封确保通过吸管流动的电流与通过吸管覆盖的膜流动的电流相同。吉欧姆密封使得在已知电压跨膜的情况下，能够进行高分辨率电流测量。微秒的时间分辨率监控通过单个通道的离子流动以及通道的开放和关闭状态之间的转换。
膜片钳 是一种在电生理学中用来研究细胞中离子通道的强大技术。这种技术在研究神经元、肌纤维、胰腺β细胞等方面非常有用。膜片钳可以应用于研究细菌离子通道。在 20 世纪 70 年代后期和 80 年代初期，Erwin Neher 和 Bert Sakmann 开发了膜片钳技术，并于 1991 年获得了诺贝尔生理学或医学奖。他们的发现使得记录和测量单个离子通道的电流成为可能。
用于监测通道活动的膜片钳技术具有高度的通用性。吸管与一小片质膜之间形成一个高阻抗密封（吉欧姆密封）。这种配置称为细胞连接模式。通过增加吸力破坏膜片，在吸管和细胞内部之间产生一个低阻抗通路。在这种全细胞模式下，可以监测整个质膜中通道的活性。为了制备切除膜片模式下的膜，吸管从细胞中拉开。一块质膜及其胞质侧现在面向培养基，由膜片吸管监控。
取决于想要研究的内容，可以应用膜片钳的变体。
通过吸取一小块膜，破坏膜和细胞质之间的连接，吸管压在细胞上形成吉欧姆密封。这将使膜片附着在吸管上，并将膜的内部暴露于外部溶液中。在膜片上施加电压，允许实验者看到通过单个离子通道的离散电流阶跃的记录，而不会破坏细胞的内部。
这是一种切除膜片技术，因为膜片是从细胞的主体中切除或移除的。内膜表面面向浴液（吸管溶液）。膜的细胞内空间暴露于浴液中，以便测试各种细胞内通道调节剂。
将一根尖端直径仅为几微米的全新玻璃吸管轻轻地压在细胞膜上，形成吉欧姆密封。施加吸力以破坏膜和细胞质。吸管溶液开始混合，使细胞具有与填充吸管的盐水相似的离子环境。
使用全细胞模式，吸管从细胞中拉开，切除一块膜，其胞外侧面向浴液（填充吸管的溶液）。膜片在胞外侧用溶液进行超融合。溶液包含激动剂（如 GABA 或谷氨酸），它们激活膜片中的受体通道。
一旦建立了全细胞，而不是使用吸力破坏膜片，而是使用含有抗生素的电极溶液扩散到膜片中，形成小的穿孔，为细胞的细胞内侧提供电气通路。
这采用松散密封而不是紧密的吉欧姆密封。松散密封的一个优点是吸管可以从膜上移除而不会破坏膜，膜仍然保持完整。这使得可以在不破坏膜完整性的情况下对同一细胞进行重复测量。一个缺点是吸管和膜之间的电阻降低，从而允许电流通过密封泄漏。